JPH0754115B2 - 往復ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は定量無脈動の往復ポンプに関するものであ
る。

従来の技術 往復ポンプはシリンダの内部におけるプランジャ、ピス
トン等（以下プランジャと総称する）の往復運動によっ
て流体の吸込および吐出といったポンプ作用を行うもの
である。とりわけプランジャポンプは他のポンプと比較
して、非常に高圧に耐え、吐出量の容積効率がよいの
で、種々の分野において広く利用されている。しかしな
がら往復ポンプの吐出作用は断続的で、吐出量の変動が
はなはだしくいわゆる脈動を呈する。このように吐出量
が時間的に一定ではないと種々の不都合が起こる。とり
わけ常時定量の液体を送給すべきプロセスプラント等に
おける利用には供し得ないこととなる。

一般に往復ポンプは、液体の加圧室と、シリンダと、一
端が加圧室内に進退しうるごとくシリンダ内に軸方向摺
動自在に延在するプランジャとを主要構成要素としてい
る。加圧室は一方では加圧室へ流入する液体の流過のみ
を許容する吸入弁を介して液体の吸入口と連絡し、他方
では加圧室から流出する液体の流過のみを許容する吐出
弁を介して液体の吐出口と連絡している。従来、吸入弁
および吐出弁としてはボール弁やきのこ弁が用いられて
いる。この種の弁は液体の圧力により開くとともに自重
で閉じるといった開閉動作を行い、液体の一方通行のみ
を許容するいわゆる逆止弁である。弁機構の内部にスプ
リングを組み込んで弁体を一方向に弾圧しておくタイプ
もある。

発明が解決しようとする問題点 上に述べたような従来の弁では、閉止に際して弁体が自
重で弁座に着座しなければならず、その際弁体は弁座の
角等に当たりながら沈降するため閉止のタイミングが不
確実である。閉弁が遅れると液体が逆流して吐出量の変
動等種々の不具合を招来する。スプリングを併用する場
合でも、安定した閉止のタイミングを確保するためには
強力なスプリングを使用しなければならないが、弁機構
の内部に組み込むという構造上の制約から、十分強力な
スプリングを採用することは望めない。あるいはできた
としても今度はそのスプリングの強さが、吸入弁にあっ
ては吸入抵抗となったり、キャビテーションの原因とも
なる。吐出弁にあっては吐出行程において弁体の両側の
圧力関係が（吐出口側液圧）＋（スプリング圧）＜（加
圧室側液圧）になって初めて開弁するため、スプリング
圧に相当する分が吐出量の脈動の原因のひとつとなる。

また、腐蝕性の液体を扱う場合に適する弁体の材料とし
てはステンレス、セラミック、チタン、ハステロイ等が
あるが、ステンレスは耐蝕性に関してオールマイティと
はいえず、セラミック、チタン、ハステロイは軽量ゆえ
に、その閉止を弁体の自重に頼る弁には不向きである。
さりとてスプリングを内部に組み込むとしても、耐蝕性
とバネ定数等の兼ね合いを図って双方共に満足する仕様
のスプリングを得ることは困難である。さらに、粘性の
ある液体を扱う場合、自重式の、あるいは限られたスプ
リング圧の内部スプリングを用いるタイプの従来の弁で
は、液体の粘性のために開閉の動作が鈍かったり、とき
には全く動作しないこともありうる。

この発明の目的は、従来の往復ポンプにおける上述のご
とき問題点を解消し、吐出量に脈動がなく、常に定量の
液体を送給することのできる往復ポンプを提供すること
である。

問題点を解決するための手段 この発明による往復ポンプは、吐出口を共通の吐出管に
接続してなる３連のプランジャポンプと、駆動装置とプ
ランジャポンプとの間に介在するカム機構とからなる。

カム機構は順次120゜宛取付け角度を異ならせて同一軸
上に固定した３枚の板カムからなる。各板カムは次のよ
うな輪郭を有する。すなわちその変位線図が、回転角が
増大するに伴って変位が増大する上昇域と、回転角が増
大するに伴って変位が減少する下降域とを有する。上昇
域もしくは下降域の少なくともいずれか一方は、変位が
加速的に変化する加速部と、変位が直線的に変化する等
速部と、変位が減速的に変化する減速部とを含む。加速
部における単位回転角当たりの変位と減速部における対
応する単位回転角当たりの変位との和が、等速部におけ
る単位回転当たりの変位に等しい。

各プランジャポンプは液体の吸入口、吐出口およびこれ
ら両口と連絡する加圧室を有するシリンダと、一端が加
圧室内に進退し得るごとくシリンダ内で軸方向摺動自在
に延在するプランジャと、プランジャの他端に回転自在
に軸支したカムフォロアとからなる。

３個のカムフォロアはそれぞれカム機構の３枚の板カム
と当接する。板カムの変位線図の上昇域もしくは下降域
のうち少なくともプランジャの吐出行程に対応する方
が、変位の加速的に変化する加速部と、変位の直線的に
変化する等速部と、変位の減速的に変化する減速部とを
含み、加速部における単位回転角当たりの変位と減速部
における対応する単位回転角当たりの変位との和が、等
速部における単位回転角当たりの変位に等しい。さら
に、加速部および減速部の夫々における少なくとも始端
と終端とでプランジャの加速度が徐々に変化するように
してある。

作用 ３枚の板カムの変位線図を総合すれば、単位回転角当た
りの変位は、少なくとも上昇域もしくは下降域のいずれ
か該当する一方に関する限り、回転角に、したがってま
た時間に関係なく、常に一定である。それ故かかるカム
機構を利用する本発明の往復ポンプにおいては、理論
上、３本のプランジャによる総合吐出量が時間に関係な
く常に一定となる。

また、加速部から等速部へ、等速部から加速部へといっ
た移行の際に、プランジャの速度が急激に変化すると吐
出量に猶も脈動が生ずることとなるので、これを防止し
て脈動を無くし、もしくは可及的に小さく抑えるため、
加速部および減速部のそれぞれにおける少なくとも始端
部および終端部のプランジャの加速度を徐々に、つまり
緩やかに変化させてプランジャの速度カーブを加速部か
ら等速部、等速部から減速部、および減速部から加速部
へ緩やかに連続せしめている。これにより、とりわけ吸
込行程と吐出行程の切換わり時の弁の開閉に伴って起こ
る流体圧力の急激な変動すなわちサージ圧が緩和され、
脈流防止に役立つ。

かかる無脈動定量性をさらに担保するために弁駆動装置
は、吸入弁および吐出弁の閉止をプランジャは行程に対
応づけて強制的に行い、一方、開弁は各弁に作用する液
体圧力に応答して行わしめる。このようにして、吸入弁
および吐出弁の閉止のタイミングをプランジャの行程上
の所望時点に確実に合致させることができる。

実施例 第１図および第２図において、往復ポンプはカム機構
（10）を介して駆動される３連のプランジャポンプから
なる。

カム機構（10）はカムボックス（11）内に軸受（12）で
回転自在に軸承されたカム軸（13）と、このカム軸に順
次120゜宛取付け角度を異ならせて固定した、軸方向に
離隔する３枚の板カム（14）とを含む。

第３図は縦軸に従節（カムフォロア）の変位Ｈをとり、
横軸にカム軸の回転角θ（θ＝wt）をとった変位線図で
ある。各連毎の動きが分かるようにそれぞれ実線、一点
鎖線、および二点鎖線で示してある。カムフォロアがか
かる変位線図を描くように板カムの輪郭を決定する。

各板カムの変位線図（a₁）（a₂）（a₃）は回転角が増大
するに伴って変位の増大する上昇域（変位線図（a₁）に
ついて言えばθ＝０゜〜180゜の区域）と、逆に回転角
が増大するに伴って変位の減少する下降域（同じくθ＝
180゜〜360゜の区域）とを有する。上昇域は変位が加速
的に増加する加速部（変位線図（a₁）について言えばθ
＝０゜〜60゜の区域）と、変位が直線的に変化する等速
部（同じくθ＝60゜〜120゜の区域）と、変位が減速的
に変化する減速部（同じくθ＝120゜〜180゜の区域）と
を含んでいる。図示例では上昇域と下降域とは線対称で
ある。図面から分かるように変位線図（a₁〜a₃）は相互
に120゜宛位相が異なるのみで総て同一形状であって、
相互の交錯の態様は60゜毎に交替する２種類（図中Ｉ、
IIで示す）のみである。なお、上記の各区域すなわち加
速部、等速部、および減速部の位相角θは60゜に限定さ
れるべきものではなく、実施に当たっては或る程度の実
用的な許容範囲が認められる。

加速部における単位回転角Δθ当たりの変位Δh₁と、減
速部における対応する単位回転角Δθ当たりの変位Δh₂
との和が、等速部における単位回転角Δθ当たりの変位
ΔＨに等しくなるように設計する。すなわち、区域
（Ｉ）のあらゆる角度位置においてΔh₁＋Δh₂＝ΔＨな
る関係が成立するように、加速部もしくは減速部のいず
れか一方または両方を修正する。かくすることにより、
この場合上昇域に関する限り、カム機構全体としては単
位回転角当たりの変位が常に一定となる。

これにより３連のプランジャポンプの総合吐出量が常に
一定に保持されるための条件が整う。実際には、しかし
ながら、加速部から等速部へ、等速部から減速部へ、さ
らにまた減速部から加速部へといった移行の際に、プラ
ンジャの速度が急激に変化すると吐出量に猶も脈動が生
ずることとなる。また、吸込行程と吐出行程の切換わり
時の弁の開閉が円滑・迅速に行われないときには大きな
サージ圧が発生して脈動の原因となる。したがって、第
3A図および第3B図に例示するように、加速部および減速
部のそれぞれにおける始端部および終端部のプランジャ
の加速度を徐々に変化させてプランジャの速度カーブを
加速部から等速部、等速部から減速部、および減速部か
ら加速部へ緩やかに連続せしめることが、脈動を無く
し、もしくは可及的に小さくするための条件である。な
お、加速部および減速部のそれぞれにおける中央部分
は、脈動に対する影響が殆どないため、急激な変化を与
えるのでない限り、仕様に応じて適宜に設定することが
できる。第3A図および第3B図に想像線で表したのはこの
ことを示している。例えば第3B図に想像線で示した定加
速度の部分を無くして加速度増加域から加速度減少域に
緩かに連続するようにしてもよい。

なお、変位線図の上昇域もしくは下降域のいずれか一方
についてのみかかる設計を施すこともできるが、図示例
のごとく線対称形のカムの場合にはカムが逆転する場合
にも同様の機能を達成するカム機構が得られる。上昇域
もしくは下降域のいずれか一方がポンプの吐出行程に対
応し、他方がポンプの吸込行程に対応する。したがっ
て、少なくとも上昇域もしくは下降域のうちポンプの吐
出行程に対応する方について上述のごとき設計を施すこ
とにより、吐出量の一定、無脈動化を実現することがで
きる。

各プランジャポンプは液体の加圧室（21）とシリンダ
（22）と、一端が加圧室（21）内に進退しうるごとくシ
リンダ（22）内に軸方向摺動自在に延在するプランジャ
（23）とを主要構成要素としている。加圧室（21）はシ
リンダ（22）の端部に位置するヘッドブロック（24）に
形成されており、一方において加圧室（21）へ流入する
液体の流過のみを許容する吸入弁（25）を介して液体の
吸入口（26）と連絡し、他方において加圧室（21）から
流出する液体の流過のみを許容する吐出弁（27）を介し
て吐出口（28）と連絡している。吐出口（28）は総て共
通の管路（図示せず）に接続する。なお、シリンダ（2
2）とヘッドブロック（24）とで広義のシリンダが構成
され、この広義のシリンダ内に加圧室（21）が存在す
る。

シリンダ（22）はカムボックス（11）に固設したシリン
ダケース（30）に取り付けてある。すなわち、シリンダ
（22）およびヘッドブロック（24）は、シリンダケース
（30）とロッキングプレート（31）との間にボルト（3
2）で緊締されている。プランジャ（23）の他端はシリ
ンダケース（30）内に軸方向摺動自在に延在するガイド
ピストン（33）と同軸状に一体的に結合している。ガイ
ドピストン（33）の端部にはカムフォロア（34）を回転
自在に軸支してある。

シリンダケース（30）内にはシリンダ（22）の端面（3
7）とガイドピストン（33）の端面（38）とでプランジ
ャ（23）の周りに環状のチャンバ（39）が画成される。
このチャンバ（39）はシリンダケース（30）に穿設した
孔（40）と連通している。孔（40）は管路でもって、ア
キュムレータや、スプリングピストンを利用した補充容
器といったような圧力流体源に接続する。かくしてチャ
ンバ（39）内には常に加圧流体が充満し、ガイドピスト
ン（33）およびプランジャ（23）を図中右方へ移動させ
ようとする戻し力を生ぜしめる。したがってカムフォロ
ア（34）は常にカム（14）に当接することとなる。

上記構成の往復ポンプは次のように作動する。

駆動装置（図示せず）が始動してカム軸（13）が回転す
ると、３個のカムフォロア（34）が順次120゜宛位相の
異なる変位線図（第３図）を描くように運動する。これ
は３本のプランジャ（23）が同様の変位線図に対応して
往復運動を行うことにほかならない。プランジャ（23）
が図中左方への往行程つまり吐出行程にあるときは、吸
入弁（25）により吸入口（26）への流体の逆流は阻止さ
れるから、加圧室（21）内の液体は加圧されて、吐出弁
（27）を通って吐出口（28）から共通の吐出管へ吐出さ
れる。プランジャ（23）が図中右方への復行程にあると
きは、吸入口（26）から吸入弁（25）を通って加圧室
（21）内に液体が吸入される。このとき吐出弁（27）は
吐出口（28）から加圧室（21）へ向かっての液体の逆流
を阻止する。

カム機構（10）とプランジャポンプの運動との関係につ
いて今少し詳しく述べる。第２図は第３図の変位線図に
おける回転角θ＝０の状態に対応する。この状態からカ
ム軸（13）が矢印方向に回転すると、変位線図（a₁）で
表されるごとく、最初の60゜の間に第１のプランジャが
加速的に第２図中左方へ移動し、次の60゜の間に等速度
で同方向へ移動し、さらに次の60゜の間に減速的に同方
向へ移動して行程端へ至る。第２、第３のプランジャも
順次120゜宛遅れて上述のごとき運動を行う。

上記最初の60゜の間（Ｉ）についてみると、第１のプラ
ンジャが加速的往行程にあるとき、第２のプランジャは
変位線図（a₂）で表されるごとく等速復行程にあり、第
３のプランジャは変位線図（a₃）で表されるごとく減速
的な往行程にある。次の60゜の間（II）では第１のプラ
ンジャが等速往行程に入り、第２のプランジャが減速復
行程、第３のプランジャが加速的復行程にある。したが
って、往（吐出）行程だけについてみれば、回転角60゜
毎に、いずれか１つのプランジャの等速往行程と、残る
２つのプランジャの複合往行程とが交替する。

第３図にIIで示した60゜の区間では変位線図（a₁）に対
応するプランジャのみが吐出行程にあり、吐出量はΔQ:
Δθで表される。Ｉで示したいまひとつの60゜の区間で
は、別の２のプランジャによる複合吐出が行われ、吐出
量は（Δq₁＋Δq₂）：Δθで表される。カム機構につい
て既に述べたように、各板カムの輪郭は、変位線図の加
速部における単位回転角当たりの変位Δh₁と減速部にお
ける対応する単位回転角当たりの変位Δh₂との和が、等
速部における単位回転角当たりの変位ΔＨに等しくなる
ようにしてある。したがって、ΔＱ＝Δq₁＋Δq₂なる関
係が成立し、当該往復ポンプの吐出量は常に一定とな
る。

ここで、往復ポンプのプランジャ戻し装置について述べ
る。第１図および第２図を参照して説明した往復ポンプ
において、各板カム（14）を変位線図の上昇域と下降域
とが線対称となるような輪郭にしたときは、等速往行程
にあるいずれか１つのプランジャの移動量が、複合復行
程にある残る２つのプランジャの移動量の和に等しく、
かつ、複合復行程にある残る１つのプランジャの移動量
に等しくなる。したがって、この場合、プランジャ復帰
用の流体は３つのチャンバ（39）間を互いに行き来する
だけで全体としては同量のままであり、理論上増減はな
いから、管路（15）の両端は閉じていてもよい。もっと
も実際上は、リーク等を考慮してその分を補給する極小
容量のポンプを設けてもよい。圧力流体源としてはポン
プのほかにアキュムレータや、スプリングピストンを利
用した補充容器を用いることもできる。図に示す実施例
においては、３本のプランジャ（23）にそれぞれ対応す
る３つのチャンバ（39）は孔（40）に接続した管路（1
5）の他端はレリーフバルブ（17）（圧力源がアキュム
レータである場合は不要）に通じている。しかしてチャ
ンバ（39）内には常に加圧流体が充満する。この加圧流
体はガイドピストン（33）の端面（38）に作用して、ガ
イドピストン（33）およびプランジャ（23）を図中左方
へ移動させる戻し力を生ぜしめる。端面（38）の面積と
加圧流体の圧力はプランジャ（23）に必要最小限の復行
程の戻し力を与えることができるように設定すればよ
い。

なお、プランジャの復帰用にスプリングを用いることが
一般に行われているが、スプリングの特性として伸縮時
の圧力に差があるため、すべての運転状況にマッチさせ
るためには相当強力なスプリングを使用せざるを得ず、
無駄なエネルギーを消費することになり、しかも耐久性
も考慮しなければならない。また、溝カムを使用するこ
ともできるが、この発明が提供せんとしている定量ポン
プのようにその動作に高度の精密性を要するものでは、
カム溝とカムフォロアとの間のギャップが問題となり、
製作および組立に困難が伴う。

流体を利用した復動式となすことによりこれら従来の方
式に伴う不利を解消するのみならず次のような利点もあ
る： あるプランジャの往時にそれに対応するチャンバから押
し出される液体は他の２つのチャンバに分配流入してそ
れぞれ対応するプランジャを復動させる作用をなす。こ
のように３つのチャンバおよびそれらを連通せしめる管
路中の流体の総量は常に一定であり、プランジャの復動
作を円滑に行わしめる； 流体の圧力はプランジャの復動に必要な最低圧力で充分
であり、しかも常に一定であるからスプリングのように
エネルギーロスがない。またプランジャの復動の間にカ
ムフォロアにかかる面圧が常に同じであるためカムの偏
摩等を防止でき合理的なメカニズムである； ポンプの諸運転状況（例えば高速運転、低速運転、粘度
の高い液体を扱う場合等々）に応じて、レリーフバルブ
を操作することにより迅速容易に最適のプランジャ動作
に必要な流体圧力を与えることができる； 流体圧力を操作することによりプランジャによる液体の
吐出圧に応じた流体圧を与えることができるから、シリ
ンダからの液体の漏れを減少させることができる。さら
に第２図に示すようにプランジャと復動用ピストンとの
間に中間室（95）を設けて加圧室（21）内の移送液体と
チャンバ（39）内の潤滑油を完全に分離し、互いのリー
クの混合を防ぐようにすることも可能である。中間室
（95）は管路でタンク等に接続して、加圧室（21）から
漏れ出た液体を回収するようにしてもよいが、例えば液
体の吐出圧力の1/2の圧力を中間室（95）に与えると、
加圧室（21）の液体が大気に漏れる場合に比べて、漏れ
を1/2以下に抑えることができる。さらにまたこの場
合、プランジャ復動用の流体、及び／又は中間室（95）
に供給する流体に適当な潤滑油を使用してプランジャの
潤滑をも行うようにすれば、当該定量ポンプの耐久性向
上に大いに寄与する； 高温の液体を扱う場合、プランジャ復動用の流体、及び
／又は中間室（95）に供給する流体を循環させることに
よって冷却効果も期待できる。プランジャの冷却のみな
らず、プランジャおよびシリンダから他の構成要素（シ
リンダケース、ガイドピストン、カム機構等）への熱の
伝達を遮断してそれら構成要素を保護することができ
る。

次に弁駆動装置について述べると、まず液体の吸入口
（26）と加圧室（21）との間に位置する吸入弁（25）
は、第４図に示すように、弁頭（42）と、これと協働す
る環状の弁座（43）とを主要構成要素としている。第９
図からよく分かるとおり、弁頭（42）は一端に弁座（4
3）の凹球面と対応する凸球面（42a）を形成し、かつ、
他端にキャップ（42b）を螺装している。弁頭（42）は
内部にドローイングバー（41）の頭部（41a）を収容す
るための凹所（42c）を有し、凸球面（42a）側の壁の中
央にはドローイングバー（41）の軸部が隙間をもって挿
通するための貫通孔（42d）を有する。ドローイングバ
ー（41）の頭部（41a）は弁頭（42）の内壁に形成した
凹球面（42e）と対応する凸球面（41b）を有する。した
がって、ドローイングバー（41）に対して弁頭（42）は
傾きうる関係にある。また、ドローイングバー（41）の
頭部（41a）の長さは弁頭（42）の凹所（42c）の深さよ
りも若干短い。したがって、ドローイングバー（41）と
弁頭（42）とは、軸方向に一定距離だけ相対的に移動し
うる関係にある。

弁頭（42）の貫通孔（42d）から突出したドローイング
バー（41）のねじ部（44）にはスプリング受け（45）と
カム当てナット（46）を螺装してある。ドローイングバ
ー（41）は、スプリング受け（45）とサクションブロッ
ク（47）との間に介在するスプリング（48）により、弁
頭（42）と弁座（43）とを当接せしめる方向に弾圧され
ている。サクションブロック（47）はヘッドブロック
（24）に結合してあって、吸入弁（25）と吸入口（26）
を連結せしめるチャンバ（49）を提供する。なお、ドロ
ーイングバー（41）の頭部（41a）はその周面に、軸方
向両側を連絡して圧力平衡を図るための１以上の溝（41
c）を備えている。

ロッキングプレート（31）に一端をピン（51）で軸支し
たレバー（52）は他端に吸入弁駆動用カム（53）と協働
する爪（54）を形成するとともに、中間部にはカム当て
ナット（46）と当接する突部（55）を形成している。カ
ム（53）を担持する支持軸（56）はブラケット（57）に
回転自在に軸承されており、スプロケットとチエンから
なる伝動装置（図示せず）を介してカム機構のカム軸
（13）と連動するようになしてある。すなわちカム軸
（13）が一回転すると支持軸（56）も一回転する。

吸入弁駆動用カム（53）の輪郭は、周囲の概ねXIに亘る
大径部（58）と、カムリフトが徐々に減少する傾斜部
（59）、カムリフトが徐々に増加する傾斜部（60）、お
よびこれらの傾斜部（59）（60）の間に位置してカムリ
フトが零の部分（61）を含む。

加圧室（21）と液体の吐出口（28）との間に位置する吐
出弁（27）は、第５図に示すように、球弁（62）と、こ
れと協働する環状の弁座（63）とを主要構成要素として
いる。吐出弁（27）と吐出口（28）とを連絡せしめるチ
ャンバ（66）を提供するべくヘッドブロック（24）に結
合したデリベリブロック（67）を貫通して、弁座（63）
と同軸に、かつ、軸方向摺動自在にプッシュバー（68）
が延在する。プッシュバー（68）の一端には弁球（62）
と当接すべき円錐形の凹所を設けた頭部（68a）を形成
してあり、他端にはスプリング受け（69）を螺着してあ
る。ロッキングプレート（31）の延長部（31′）に取り
付けたハンガープレート（70）には調整ねじ（71）を螺
挿してある。調整ねじ（71）とスプリング受け（69）と
の間に介在するスプリング（72）はプッシュバー（68）
を図中下方へ弾圧する。

ロッキングプレート（31）の延長部（31′）にピン（7
3）で一端を軸支したレバー（74）は、他端に吐出弁駆
動用カム（75）と協働する爪（76）を形成するととも
に、中間部にはスプリング受け（69）と当接する突部
（77）を形成している。カム（75）を担持する支持軸
（78）はブラケット（79）に回転自在に軸承されてお
り、かつ、スプロケットとチエンからなる伝動装置（図
示せず）によってカム機構のカム軸（13）と連動するよ
うに関係づけてある。すなわち、カム軸（13）が一回転
すると支持軸（78）も一回転する。

吐出弁駆動用カム（75）の輪郭は、周囲の概ねXIに亘る
大径部（80）と、カムリフトが徐々に減少する傾斜部
（81）、カムリフトが徐々に増加する傾斜部（82）、お
よびこれらの傾斜部（81）（82）の間に位置してカムリ
フトが零の部分（83）を含む。

第６図及び第７図は各弁の閉止のタイミングを微調整す
るための機構を示す。この微調整機構は吸入弁（25）、
吐出弁（27）の各別に設けて互いに他から独立して閉止
タイミングの微調整を行い得るものであるが、構成は同
じであるからここでは吸入弁（25）用を例にとって説明
する。第６図は吸入弁駆動用カム（53）を取り付けてあ
る支持軸（56）（第２図および第４図）の端部を示す。
チエンを介してカム機構のカム軸（13）上のスプロケッ
ト（84）と連動するスプロケット（85）は支持軸（56）
に対して遊嵌状態にある。スプロケット（85）はアジャ
スタプレート（86）を一体的に有し、このアジャスタプ
レート（86）と、支持軸（56）にキー止めしたプレート
（87）とをボルト（88）で緊締するようになっている。
ボルト（88）の貫通するプレート（87）の孔（89）は周
方向に延在する長孔になっている。アジャスタプレート
（86）はプレート（87）に固設したピン（90）を臨ませ
るための切除部（91）を有し、切除部（91）の周方向両
側にはピン（90）を挟んで対向する一対の調整ねじ（9
2）を螺挿してある。しかしてボルト（88）を緩めた状
態で調整ねじ（92）を廻してその軸方向位置を加減する
ことにより、プレート（87）に対するアジャスタプレー
ト（86）の角度位置を変更することができる。これはカ
ム軸（13）に対する支持軸（56）の回転角度を相対的に
変更すること、別言すれば、プランジャ（23）の行程に
対する吸入弁（25）の閉止タイミングを変更する操作で
ある。すなわちポンプのスピードに応じたカムの閉止時
期を３個（３連式ポンプの場合）同時に調整可能とした
ものである。なお、同様の構成の微調整機構でもって、
プランジャ（23）の行程に対する吐出弁（27）の閉止タ
イミング変更も行なうことができる。また、アジャスタ
プレート（86）の外周面（93）に切欠きを設けるととも
に、これに対応してプレート（87）の外周面（94）に所
定間隔の目盛を刻設しておけば、当該微調整操作が一層
容易となる。

次に第８図をも参照して上記構成からなる弁駆動装置の
作動について述べる。なお、第８図の変位線図（ａ）
（ｂ）（ｃ）はそれぞれプランジャ駆動用カム（14）、
吸入弁駆動用カム（53）、吐出弁駆動用カム（75）につ
いてのものである。

第２、４、５図に示す状態は、いずれも第８図のθ＝０
゜の位置、すなわち吸入行程が終わってまさに吐出行程
に入らんとするところである。この状態では吸入弁（2
5）が閉じ、吐出弁（27）もスプリング（72）の弾圧力
は解除されているものの同弁前後の圧力差のゆえに閉じ
ている。

まず、この状態からカム軸（13）が180゜回転する間の
吐出行程についてみてみよう。第４図および第８図から
わかるとおり、吸入弁駆動用カム（53）は約30゜の間中
変位は零である。言い換えるとレバー（52）の爪（54）
がカム（53）の部分（61）と係合し続け、ドローイング
バー（41）に何らの変位を与えない。したがって吸入弁
（25）は閉じたままである。一方第５図および第８図か
らわかるとおり、吐出弁駆動用カム（75）はこの間、変
位hcを保っている。つまり、レバー（74）の爪（76）が
カム（75）の大径部（80）と係合し続ける。したがっ
て、吐出弁（27）はスプリング（72）による弾圧から解
放されたままである。なお、この吐出行程の始まりの部
分において、加圧室（21）内の圧力がプランジャ（23）
の移動に伴って上昇し、弁球（62）の両側に圧力がバラ
ンスするに至るや、液体が弁球（62）を押し退けて加圧
室（21）から吐出口（28）へ向かって流れ出す。このと
きの抵抗は弁球（62）の僅かな重量だけである。

吐出行程の終端の約30゜手前に達すると、レバー（74）
の爪（76）が吐出弁駆動用カム（75）の大径部（80）と
の係合から脱して傾斜部（81）に移行する。これにより
レバー（74）が徐々に降下するとともにプッシュバー
（68）がスプリング（72）の作用により第５図中下方へ
移動して弁球（62）を弁座（63）に圧着せしめる。かく
して吐出弁（27）が吐出行程の終端にて確実に閉じられ
る。これが次の180゜に亘る吸入行程の始まりでもあ
る。

このとき、吸入弁駆動用カム（53）は変位hbを維持して
おり、したがってドローイングバー（41）は持ち上げら
れたままであるが、弁頭（42）に作用する加圧室（21）
内の液体圧力によって吸入弁（25）は閉じられている。
吸入行程に入ると、上述のとおり吸入弁（25）は弁頭
（42）に作用する圧力の差のみによって閉じていたので
あるが、プランジャ（23）が図中右方へ移動するに伴い
加圧室（21）内の圧力が減少し、この結果吸入弁（25）
が開いて吸入口（26）から加圧室（21）への液体の流入
を許容する。第８図に示すとおり吸入弁駆動用カム（5
3）は吸入行程終端の約30゜手前までの間変位hbを保
ち、吸入弁（25）を開かせておく。

吸入行程が終端に近付くと、終端の約30゜手前でレバー
（52）の爪（54）が吸入弁駆動用カム（53）の大径部
（58）との係合を脱し傾斜部（59）に移行してスプリン
グ（48）の弾圧力で吸入弁（25）を閉じ込め、吸入行程
の終端にて吸入弁（25）は確実に閉じられる。一方、吐
出行程の終端つまり吸入行程の始端にて閉止した吐出弁
（27）は、吸入行程の始端から約30゜の間は、レバー
（74）の爪（76）が吐出弁駆動用カム（75）のカムリフ
ト零の部分（83）と係合するため、スプリング（72）の
弾圧力で強制的に閉じられたままである。この爪（76）
はこの後、カム（75）の傾斜部（82）に移行してプッシ
ュバー（68）を徐々に持ち上げて弁頭（42）をスプリン
グ（72）の弾圧力から開放する。もっとも、吸入行程の
間は、圧力差の故に吐出弁（27）は閉じたままで、液体
の逆流を防ぐ。

以上述べた実施例のごとくスプリング（48）（72）を弁
機構の外部に配置すれば、弁機構の内部に収納するとき
のように収納スペース上の制約を受けることがないか
ら、迅速確実な弁の閉止を保証するに足るスプリングの
設計が容易となる。また、これらのスプリング（48）
（72）は液体に接しないから、腐蝕性の液体を扱う場合
でも、弁機構に関する限り、僅か弁頭と弁座についての
み耐食性を考慮すれば済む。

なお、ここに述べた実施例はプランジャ駆動用カムと連
動する弁駆動用カムにより吸入弁ならびに吐出弁の閉止
のタイミングを機械的に制御するようにしたものである
が、吸入弁ならびに吐出弁の閉止のタイミングをプラン
ジャの動作に対応づけることは、以上の実施例のほかに
次のような構成をもって行うこともできる： （ａ）摺動弁による方法 i.平面往復動による分配弁 ii.回転平面による分配弁 iii.円筒回転面による分配弁 iv.コーン状回転面による分配弁 （ｂ）電磁弁により電気的タイミングを取る方法 （ｃ）油圧、空圧により間接的にタイミングを取る方法 （ｄ）メカニック又はマイコン等によりポンプのスピー
ドに応じたタイミングを自動的に取る方法。

発明の効果 この発明によれば、吐出量の経時的変動の可及的に小さ
い、定量性に優れた往復ポンプを提供することができ
る。とりわけ、加速部および減速部のそれぞれにおける
少なくとも始端と終端とでプランジャの加速度が徐々に
変化するようにしたので、加速部から等速部へ、等速部
から減速部へ、さらにまた減速部から加速部へといった
移行の際にプランジャの速度変化が緩やかになって流体
圧力の急激な変動が緩和され、かつ、弁の開閉に伴うサ
ージ圧が減少し、脈動を解消もしくは可及的に小さく抑
えることができる。さらに、吸入弁および吐出弁の開弁
は液体圧力に応答せしめたから、プランジャの速度に応
じた的確な開弁タイミングを保証でき、また、これらの
弁の閉止はプランジャの行程に関連づけて強制的に行う
ようにしたから、粘度の高い液体を扱う場合でも確実な
閉止タイミングを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例たる単動３連式往復ポンプの
平面図； 第２図はプランジャポンプの軸線に沿う第１図の往復ポ
ンプの断面図； 第３図はプランジャポンプを往復動させるカム機構にお
けるカムの変位線図であって、縦軸は縦節の変位を表
し、横軸はカム軸の回転角θを表す； 第3A図および第3B図はそれぞれ第３図の変位線図a₁につ
いての速度θ＝０゜〜180゜の間におけるおよび加速度
を模式的に例示する線図； 第４図は第２図の往復ポンプの吸入弁を含む部分の拡大
図； 第５図は第２図の往復ポンプの吐出弁を含む部分の拡大
図； 第６図は第２図に示されている支持軸の端部から見た微
調整機構を示す図； 第７図は第６図のＡ−Ａ線に沿う断面図； 第８図は第２図の往復ポンプに用いられている３枚のカ
ムについての変位線図で、横軸は回転角θを表し、縦軸
は変位を表す；および 第９図は吸入弁の要部拡大図である。 （10）……カム機構 （14）……プランジャ駆動用カム （21）……加圧室、（22）……シリンダ （23）……プランジャ、（25）……吸入弁 （26）……吸入口、（27）……吐出弁 （28）……吐出口、（34）……カムフォロア （53）……吸入弁駆動用カム （75）……吐出弁駆動用カム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吐出口を共通の吐出管に接続してなる３連
   のプランジャポンプと、駆動装置とプランジャポンプと
   の間に介在するカム機構とからなり、各プランジャポン
   プが液体の吸入口、吐出口および前記両口と連絡する加
   圧室を有するシリンダと、加圧室内に一端が進入しうる
   ごとくシリンダ内で軸方向摺動自在に延在するプランジ
   ャと、プランジャの他端に回転自在に軸支したカムフォ
   ロアと、カムフォロアを常にカムに当接せしめるごとく
   プランジャを付勢する手段とからなり、前記カム機構
   が、順次120゜宛取付け角度を異ならせ、かつ、それぞ
   れ前記カムフォロアと当接するごとく同一軸上に固定し
   た３枚の板カムからなり、各板カムの変位線図が、板カ
   ムの回転角が増大するに伴って変位が増大する上昇域
   と、板カムの回転角が増大するに伴って変位が減少する
   下降域とを有し、前記上昇域もしくは下降域のうちプラ
   ンジャの吐出行程に対応する方が、変位の加速的に変化
   する加速部と、部位の直線的に変化する等速部と、変位
   の減速的に変化する減速部とを含み、加速部における単
   位回転角当たりの変位と減速部における対応する単位回
   転角当たりの変位との和が、等速部における単位回転角
   当たりの変位に等しく、かつ、前記加速部および減速部
   における少なくとも始端部と終端部でプランジャの加速
   度が徐々に変化するようにしたことを特徴とする往復ポ
   ンプ。
2. 【請求項２】前記加圧室と前記吸入口との間に位置する
   吸入弁および前記加圧室と前記吐出口との間に位置する
   吐出弁を、前記プランジャの行程に対応づけて強制的に
   閉止するための弁駆動装置を有し、前記吸入弁および吐
   出弁の開弁は各弁に作用する液体圧力に対応して行わし
   めるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の往復ポンプ。